JP2679857B2 - 一体型ハウジングを有する触媒転化器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車の排気ガス系において有用な触媒転
化器に関し、特に、シートメタルハウジングの内側に配
置されている１以上のセラミック板状部材又は基材を有
し、該基材が、触媒が被覆されている多数の縦方向の直
通流（straight−through−flow）排気ガス通路を有し
ているタイプの転化器に関する。

通常、上記記載のタイプの市販されている金属ハウジ
ングは、いわゆるパンケーキ（pancake）」又は「クラ
ムシェル（clamshell）」形のもの、即ち、互いに実質
的に同一であり、一緒に溶接されてハウジングの縦軸を
含む面内に配置され、嵌合されている周囲の側部フラン
ジを有する、打抜された上部及び下部のシェルを有する
ものである。これらは、その中に基材が配置される内部
室を形成するように形づくられている。触媒転化器ハウ
ジングの他の市販されている形状は、それぞれの端部に
溶接されている別々の端部コーンを有する、即ち３部品
ハウジングである。

本発明の目的は、２部品の「クラムシェル」ハウジン
グ又は３部品の端部コーンタイプのハウジングに代え
て、一体型の金属管状ハウジングを有する上記記載のタ
イプの転化器及びその製造方法を提供することである。
本発明の転化器によって、少なくとも、従来のタイプの
ハウジングを有するが、製造するのが本質的により経済
的な構造を有するものに加えて、排気系を設置するため
に自動車及びトラックの製造者に原型の転化器装置を直
接供給するのに必要な大きな量、大量生産することがで
きるものが提供される。

本発明は、配置・保持リブとして機能する、その中に
形成されている第１の環状のへこみ（indentation）を
有する開放端金属管状部材を用いることを含んでいる。
外周に支持マットを有する、触媒が被覆されたセラミッ
ク基材を、管状部材の内側に、支持マットの最も内側の
端縁部が第１の環状リブと接触するように配置する。そ
の後、第２の環状のへこみを、金属管状部材内の、支持
マットのもう一方の又は最も外側の端縁部に接触する位
置に配置し、基材のための配置・保持リブとしても機能
するようにする。基材を管状部材内に配置した後、管状
部材の開放端を、放射状に変形させることによって一緒
に締着させて、管状部材の端部を閉止し、一端に導入口
開口部を形成し、もう一端に導出口開口部を形成する。
好ましい実施態様においては、上記の手順を用いて、二
つの基材をハウジング内に配置し、一方は、亜酸化窒素
類、一酸化炭素及び炭化水素類を転化せしめる３機能触
媒で被覆し、もう一方は、一酸化炭素を炭化水素類に転
化させる酸化触媒で被覆する。

本発明の他の特徴及び有利性は、以下の詳細な説明で
明らかになるであろう。

第１図は、本発明の触媒転化器の斜視図である。

第２図は、それから第１図のハウジングを製造するこ
とができる、円形の管状部材の末端図である。

第３図は、管状部材が均一な直径及び厚さを有し、滑
らかな壁部を有していることを示す、第２図の３−３線
に沿った拡大断面図である。

第４図は、リブを有する楕円形に形成した後の第１図
の管状部材の末端図である。

第５図は、第４図の５−５線に沿った拡大断面図であ
る。

第６図は、第５図と同様の図であるが、管状部材内に
挿入され、リブに嵌合されている支持マットで被包され
た二つの触媒被覆基材を示すものである。

第７図は、第６図と同様の図であるが、基材をその場
に保持するリブの第２の対を示すものである。

第８図は、第７図と同様の図で、第１図の８−８面に
沿った断面に対応するものであり、そこから転化器ハウ
ジングが形成されている、管状部材の締着端部に沿った
リブの第２の対を示している。

好ましい態様の詳細な説明 本発明によれば、触媒転化器１は、一端に導入口５、
もう一端に導出口７を有する、一体型の管状金属ハウジ
ング３を有している。円周状に囲んでいる幅狭の帯状の
支持マット11を有する第１の基材９が、ハウジング３の
内側の、ハウジングの導入口５の端部に隣接して配置さ
れている。円周状に囲んでいる幅狭の帯状の支持マット
15を有する第２の基材13が、ハウジング３の内側の、ハ
ウジングの導出口７の端部に隣接して配置されており、
これは基材９とは縦方向に離隔されている。基材９と13
とは、同一であるがハウジング３よりは小さな断面積を
有しており、その外周面は、ハウジングの内壁から内側
に放射方向に均一に離隔されている。支持マットの端部
は、図面に示されているように、基材の端面から内側に
配置されている。支持マットは、市場で入手することの
できるガス不透過性のバーミキュライト（vermiculit
e）をベースとした材料で構成されており、加熱によっ
て発泡（intumescent）して実質的に膨張する。

基材９及び13は、ハウジング３の内部を三つの室に細
分している。即ち、導入口５と基材９の導入側との間の
導入室17、基材９の導出側と基材13の導入側との間の中
央室19、及び基材13の導出側と導出口との間の導出室21
である。図示してはいないが、それぞれの基材は多数の
縦方向に伸長した直通流ガス通路（straight−throughf
low gas passages）を有しており、それらは適当な触媒
で被覆されている事が理解されるべきである。このよう
に、ガスは、導入路５から導出路７へ、転化器を通って
直進流動することができ、基材９及び13によって画定さ
れた触媒部材内の縦方向の通路を通って流動する際に処
理される。基材９は、亜酸化窒素類、一酸化炭素及び炭
化水素類を窒素、水及び二酸化炭素に転化する３機能触
媒を含んでいてよい。基材13は、酸化触媒を含んでいて
よく、第２の空気を室19に供給して、一酸化炭素及び炭
化水素類を水及び二酸化炭素に転化させることができ
る。第２の空気導入口及び導管19Aを第８図に概略的に
示す。

更に本発明によれば、基材配置・保持手段が、管状ハ
ウジング３の壁部に、中央室19の向かい合った端部に隣
接して配置されている。環状のリブを形成するへこみの
第１の内側の対23及び25の形態で与えられている。同様
の環状のリブを形成するへこみの第２の対27及び29がハ
ウジング３内に同様に形成されており、それぞれ、リブ
23及び24と協働して、基材11及び13をそれぞれハウジン
グ内のその場所に配置し、保持している。

好ましくは、へこみの深さは、マット11及び15の厚さ
の約半分である。これによって、非金属製の支持マット
の端部を、転化器内を流れるガスからある程度保護する
ことが可能になり、また、基材を、ハウジングに対して
（マットの弾性によって）、ハウジングと基材が接触す
ることなくある程度相対的に移動させることができる。
へこみ27は、へこみ23から、縦方向に、ハウジング３内
に挿入した時点でマット11の幅とほぼ同一であるか又は
それよりも僅かに少ない距離離隔している。へこみ29
は、へこみ25から、縦方向に、ハウジング３内に挿入し
た時点でマット11の幅とほぼ同一であるか又はそれより
も僅かに少ない距離離隔している。

第１図及び第８図から分かるように、向かい合った側
部は、ハウジングのそれぞれの端部において接合されて
ハウジング端部を閉止している。導入口端部において
は、管状ハウジング３の頂部及び底部が放射方向に一緒
に変形又は押し潰されて、導入口通路５、及び、通路５
の向かい合った側部に一緒に締着された角部31及び33を
形成している。締着された角部31及び35は、金属の２倍
の厚さを有し、二つの層は、好ましくは一緒に溶接され
て成形され、ハウジングの導入口端部を、形成されてい
る通路５を除いて閉止する閉止手段として機能してい
る。同様に、導出口端部においては、管状ハウジング３
の頂部及び底部が放射方向に変形されて、導出口通路
７、及び、通路７の向かい合った側部に一緒に締着され
た角部35及び37を形成している。角部35及び37の二つの
金属層は、好ましくは、一緒に溶接され、それによっ
て、ハウジングの導出口端部を、通路７を除いて閉止す
る閉止手段として機能する。排気ガスマフラーにおける
このタイプの締着端部閉止は、本発明の譲受人によって
所有されている、Robert A.Heath及びRonald J.Martoia
の1972年３月14日の米国特許第3,648,803号に記載され
ている。

概して、本発明の転化器は、第１図に示すような円形
の断面を有するものか又は楕円形のような他の断面を有
するものであってよい。ここで示す楕円の断面は、転化
器を自動車の下部の最小の縦空間しか占めないように形
成することができるので、一般に自動車の排気系に好ま
しいものである。本発明の転化器１を製造する際には、
市販の円形の金属管を用いて、それを向かいあった側部
から放射方向に圧縮して第４図の楕円形の形状を形成す
ることが好都合である。好ましくは、これは、環状のへ
こみ23及び25を同時に形成して第５図に示す形状のもの
を形成するダイを用いて行う。外周に支持マット11及び
15を有する基材９及び13は、楕円形にされたハウジング
３の内側と同等の外周の楕円形の大きさを有しており、
第６図に示すように、ハウジングの向かい合った開放端
中に、マット11の内側の端部がへこみ23に押圧され、マ
ット15の内側の端部がへこみ25に押圧されるまで押し込
まれる。

次の段階は、環状のへこみ27及び29、並びに、導入口
端閉止部（角部31及び33及び導入口通路５を有する）及
び導出口端閉止部（角部35及び37及び導出口通路７を有
する）を形成することである。へこみ27及び29は、第７
図に示すように、末端閉止部が形成される前にハウジン
グ３内に形成することができるが、へこみ27及び／又は
29並びに末端閉止部を同時に圧縮形成することも可能で
ある。これによって、操作が１段階排除され、また、末
端閉止部を締着させる間に脆性の基材９及び13の隣接す
る端部を損傷から保護することができる。ハウジングの
端部を締着させる間に、へこみ23及び／又は25並びに末
端閉止部を同時に圧縮するためのパンチ（図示せず）上
のリブ（又はかかるパンチの他の部分）によって、基材
に隣接するハウジングの端部に対する放射方向の支持が
与えられ、基材の隣接する角部を破壊することが防止さ
れることが明らかである。

へこみ27及び29は、一緒に又は別々に形成することが
できる。また、それぞれの末端閉止部45及び47と一緒
に、へこみ27及び29を、一度づつ又は両方とも同時に形
成することも出来る。転化器は対称形であるので、同一
の工具を用いてそれぞれの一方の端部を一度づつ形成す
ることができるが、所望の操作を行うためには、ハウジ
ングの端部を単純に逆転することしか必要とされない。

それぞれの組み合わさった基材及びマットとハウジン
グとの接合は、それらをハウジング３内に縦方向に押し
込めることが出来るようなものである。排気系において
用いる場合には、マット11及び15を加熱して、機械的な
補助、リブ又は隔壁を必要としないで基材をその場にし
っかりと保持することが出来る程度に膨張させる。一般
に、マットと接合する基材の外周面は、熱膨張によって
それが基材の外周面に対して放射方向に圧縮される前に
おいても、マットが基材に沿って縦方向に滑らないよう
にするように粗面にする。しかしながら、ハウジング３
の内壁は滑らかであり、加熱が施されてマットが膨張す
るまでにマットの外周面とハウジングとの間に滑りが生
じる可能性がある。製造と自動車における実際の使用と
の間に予備加熱条件が存在する。この期間中に転化器が
多く取り扱われる。しかしながら、マットとのハウジン
グとの間の境界面の滑りは、リブ対23、27及び25、29に
よって与えられる保持手段によって防止される。転化器
を実際に使用する間は、これらのへこみ又はリブによっ
て、流動ガスに曝されるマットの端部面積が減少し、し
たがって、マットを腐食から保護することができる。同
時に、これらは、基材の全断面積をガス流動及び処理に
利用することが出来るように、基材の外側に放射状に配
置されている。リブは、これまで、「クラムシェル」ハ
ウジングを金属メッシュタイプの基材支持部材と共に有
する転化器において用いられ、転化器の実際の使用の間
に支持部材をその場に保持することを補助していた。本
発明においては、転化器の実際の使用の間に、熱膨張の
結果、支持マットが放射方向に圧縮されることによっ
て、それらをその場に保持している。

示されている転化器は、二つの触媒部材を有してい
る。部材の一つを配置・保持リブの適当な対に沿って取
り外し、転化器が一つの触媒部材しか有さないが、ここ
に示す一体型ハウジング及びリブ構造を有するようにす
ることができる。

転化器は、通路５及び７の中心線を通る縦軸に対して
対称なように示されているが、記載した構造及び方法に
よって、通路の一方又は両方を、縦軸から横方向にずら
すこともできると認められよう。所望の場合には、公知
のタイプの熱シールドを、溶接又は他の方法で転化器ハ
ウジング３に取り付けることもできる。

以上説明した特定の特徴において、本発明の精神及び
範囲から逸脱することなく修正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の触媒転化器の斜視図； 第２図は、それから第１図のハウジングを製造すること
ができる円形の管状部材の末端図； 第３図は、管状部材が均一な直径及び厚さを有し、滑ら
かな壁部を有していることを示す、第２図の３−３線に
沿った拡大断面図； 第４図は、リブを有する楕円形に成形した後の第１図の
管状部材の末端図； 第５図は、第４図の５−５線に沿った拡大断面図； 第６図は、管状部材内に挿入され、リブに据え付けられ
ている支持マットで被包された二つの触媒被覆基材を示
す第５図と同様の図； 第７図は、基材をその場に支持するリブの第２の対を示
す第６図と同様の図であり； 第８図は、第１図の８−８面に沿った断面に対応するも
のであり、そこから転化器ハウジングが形成されてい
る、管状部材の締着端部に沿ったリブの第２の対を示す
第７図と同様の図である。

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細長い管状の形状であり、縦方向の軸及び
   該軸に対して横方向に伸長している向かい合った末端部
   を有し、該末端部の一方が転化器のためのガス導入口末
   端部であり、該末端部のもう一方が転化器のためのガス
   導出口末端部であり、該導入口末端部における該ハウジ
   ングの向かい合った側部が接合してハウジングの導入口
   末端部のための導入口末端閉止部を形成しており、該導
   入口末端閉止部が、ガスがハウジング内に流れ込むガス
   導入通路を有しており、該導出口末端部における該ハウ
   ジングの向かい合った側部が接合してハウジングの導出
   口末端部のための導出口末端閉止部を形成しており、該
   導出口末端閉止部が、ガスがハウジングから流れ出るガ
   ス導出通路を有しており、該末端閉止部が、シートメタ
   ルハウジングの材料によって形成されており、管状ハウ
   ジングの向かい合った末端部を、該ガス導入通路及びガ
   ス導出通路を除いて閉止するようになっている一体型の
   シートメタルハウジング、及び、ハウジング内における
   ガス導入通路からガス導出通路へのガス流動路内のガス
   処理触媒手段を有することを特徴とする、自動車の排気
   系において用いるタイプの触媒転化器。
2. 【請求項２】該メタルハウジング内に形成されており、
   該触媒手段の向かい合った側部と接合して、該触媒手段
   をハウジング内において実質的に固定された縦位置に保
   持し配置する縦方向に離隔しているへこみ（indentatio
   n）を有する請求項１記載の触媒転化器。
3. 【請求項３】該触媒手段が、触媒が被覆されている縦方
   向のガス流動通路を有し、管状ハウジングの内部と同一
   の形状の外周面を有するが、ハウジングから内側に離隔
   しているセラミックの板状基材と、基材の該外周面の回
   りに伸長しておりそれと接合している内表面及び管状ハ
   ウジングの内側と接合している外表面を有する環状発泡
   性（intumescent）支持バンドとを有している請求項２
   記載の触媒転化器。
4. 【請求項４】該支持バンドが、基材とハウジングとの唯
   一の支持連結であり、該支持バンドと接合して、基材を
   ハウジング内において縦位置に配置し、該縦位置に基材
   を保持するために基材配置・保持手段が該管状ハウジン
   グ内に形成されている請求項３記載の転化器。
5. 【請求項５】該配置・保持手段が該ハウジング内のへこ
   みを含む請求項４記載の転化器。
6. 【請求項６】該支持が、基材の長さよりも狭く、支持バ
   ンドの端部の内側に離隔している端部を有しており、該
   へこみが、支持バンドの最も内側の端部と接合する横方
   向の環状リブを含む請求項５記載の転化器。
7. 【請求項７】該環状リブが、支持バンドの厚さの実質的
   に1/2の深さを有している請求項６記載の転化器。
8. 【請求項８】該配置・保持手段が、該ハウジング内の、
   支持バンドの向かい合った縦方向の末端部におけるへこ
   みを含む請求項５記載の転化器。
9. 【請求項９】該へこみが横方向の環状リブを構成する請
   求項８記載の転化器。
10. 【請求項１０】該環状リブが、それぞれ、支持バンドの
    厚さの実質的に1/2の深さを有しており、それによっ
    て、支持バンドの端部に対する保護をも与えているが、
    基材と接触しておらず、ハウジングと基材との間の横方
    向の限定された相対的移動を可能にしている請求項９記
    載の転化器。
11. 【請求項１１】該ハウジング及び触媒手段が横断面にお
    いて楕円形である請求項１記載の転化器。
12. 【請求項１２】該触媒手段が、該ハウジングの導入口端
    部に配置されている第１の触媒部材及びハウジングの導
    出口端部に配置されている第２の触媒部材を有してお
    り、該第１及び第２の触媒部材が、互いに縦方向に離隔
    しており、ハウジング内における第１及び第２の触媒部
    材の間の空間がハウジング内の中央の室を形成している
    請求項１記載の転化器。
13. 【請求項１３】該中央の室中に第２の空気を噴射するた
    めの手段を有し、該第２の触媒部材が酸化触媒を含んで
    いる請求項12記載の転化器。
14. 【請求項１４】該第１の触媒部材が触媒で被覆されてい
    る縦方向のガス流動通路及び外周面を有する第１のセラ
    ミック板状基材を有し、第１の触媒部材が、第１の基材
    の外周面の回りを伸長しそれと接合する内表面、及び、
    管状ハウジングの内側と接合する外表面を有する第１の
    環状発泡性支持マットを有しており、該第２の触媒部材
    が触媒で被覆されている縦方向のガス流動通路及び外周
    面を有する第２のセラミック板状基材を有し、第２の触
    媒部材が、第２の基材の外周面の回りを伸長しそれと接
    合する内表面、及び、管状ハウジングの内側と接合する
    外表面を有する第２の環状発泡性支持マットを有してお
    り、第１の配置・保持手段が、該第１の支持マットと接
    合するために該管状ハウジング内に形成されて、第１の
    基材をハウジング内に縦位置に配置し、第１の基材をか
    かる縦位置に保持しており、第２の配置・保持手段が、
    該第２の支持マットと接合するために該管状ハウジング
    内に形成されて、第２の基材をハウジング内に縦位置に
    配置し、第２の基材をかかる縦位置に保持している請求
    項12記載の転化器。
15. 【請求項１５】該第１の配置・保持手段が、管状ハウジ
    ング内に形成されて第１の支持マットの内側端部に接合
    している第１の内部横方向環状リブを有しており、該第
    ２の配置・保持手段が、管状ハウジング内に形成されて
    第２の支持マットの内側端部に接合している第１の内部
    横方向環状リブを有している請求項14記載の転化器。
16. 【請求項１６】該第１の配置・保持手段が、管状ハウジ
    ング内に形成されて第１の支持マットの外側端部に接合
    している第２の内部横方向環状リブを有しており、該第
    ２の配置・保持手段が、管状ハウジング内に形成されて
    第２の支持マットの外側端部に接合している第２の内部
    横方向環状リブを有している請求項15記載の転化器。
17. 【請求項１７】開放端シートメタル管状部材の壁部に第
    １の横方向のリブを形成し、板状型の触媒部材を管状部
    材の開放端部内に挿入し、それを管状部材に対して縦方
    向に、その内側の端部が第１の横方向のリブに接触する
    まで移動させ、その後、管状部材の壁部に、第２の横方
    向のリブを、触媒部材の外側の端部と実質的に接合し
    て、触媒部材を第１のリブと接触する縦位置に保持する
    ように形成し、管状部材の端部の向かい合った側部を共
    に圧縮して、ガス流動通路を有する２重金属層端部閉止
    部を形成することによって管状部材の開放端部をガス流
    動通路を除いて閉止することを含む触媒転化器の製造方
    法。
18. 【請求項１８】該第２の横方向のリブを、実質的に環状
    になるように、管状部材の壁部中にロール形成する請求
    項17記載の触媒転化器の製造方法。
19. 【請求項１９】管状部材の端部の該向かい合った側部を
    圧縮して該端部閉止部を形成し、同時に、管状部材の向
    かい合った側部を圧縮して該第２の横方向のリブを形成
    する請求項17記載の触媒転化器の製造方法。
20. 【請求項２０】伸長した開放端シートメタル管状部材の
    壁部に第１の環状リブを形成し、組み合わさった触媒部
    材及び支持マットを該管状部材の開放端部内に挿入し
    て、支持マットの内側の端部が第１の環状リブと接合す
    るまでそれを縦方向に移動させ、その後、管状部材の壁
    部に、第２の環状リブを、支持マットの外側の端部と実
    質的に接合するように形成し、管状部材の開放端を、ガ
    ス流動通路を除いて閉止することを含む、その外周の回
    りを被包する支持マットを有する板状型の触媒部材を有
    する触媒転化器の製造方法。
21. 【請求項２１】円形の開放端シートメタル管状部材を楕
    円形に圧縮し、同時に、管状部材の壁部において第１の
    環状楕円リブを圧縮成形し、組み合わさった触媒部材及
    び支持マットを該管状部材の開放端内に挿入し、支持マ
    ットの内側の端部が第１の環状リブと接合するまでそれ
    を縦方向に移動させ、その後、管状部材の壁部に、第２
    の環状リブを、支持マットの外側の端部と実質的に接合
    するように形成し、管状部材の端部の向かい合った側部
    を一緒に圧縮することによって、管状部材の開放端を、
    ガス流動通路を除いて閉止して、ガス流動通路を有する
    ２重金属層端部閉止部を形成することを含む、その外周
    の回りを被包する支持マットを有する板状型の触媒部材
    を有する触媒転化器の製造方法。
22. 【請求項２２】向かい合った端部において開放されてい
    る細長いシートメタル管状部材の中央部に一対の第１の
    環状リブを形成し、組み合わさった触媒部材及び支持マ
    ットの一方を該管状部材の一方の開放端内に挿入し、そ
    の支持マットの内側の端部が該第１の環状リブの一方と
    接合するまでそれを縦方向に移動させ、組み合わさった
    触媒部材及び支持マットのもう一方を該管状部材のもう
    一方の開放端内に挿入し、その支持マットの内側の端部
    が該第１の環状リブのもう一方と接合するまでそれを縦
    方向に移動させ、その後、該管状部材内に、第２のリブ
    の一方が該組み合わさった触媒部材及び支持マットの一
    方の外側の端部と実質的に接合して配置され、第２のリ
    ブのもう一方が該組み合わさった触媒部材及び支持マッ
    トのもう一方の外側の端部と実質的に接合して配置され
    る一対の第２の環状リブを形成し、管状部材の端部の向
    かい合った側部を一緒に圧縮して、ガス導入流動通路を
    有する一端の端部閉止部、及び、ガス導出流動通路を有
    するもう一方の端部の端部閉止部を形成することを含
    む、それぞれがその外周の回りを被包する支持マットを
    有する二つの板状型の触媒部材を有する触媒転化器の製
    造方法。